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DPT?还是MPLS自愈恢复

---- 关于IP over Optical的分帧传输和自愈恢复方法的讨论

　　如果我们不用SDH层，直接实现IP over Optical，那么我们必须解决传 输的分帧和自愈恢复方法的问题。目前，业界对此已有多种解决方案。
　　现代电信传输网如SDH网是以重复备份来增加生存性和鲁棒(Robust) 性，在传输网络的核心建立故障容错系统需要增加大量冗余。而对于IP网，我 们可以利用其特有的容错、自愈能力，采用单层生存管理提高效率，降低成本。 但这里存在一个问题，这就是如何提高自愈恢复速度，并且使之能够工作于 跨自治域的大网。虽然业界目前已经提出了多种第三层自愈恢复方法，但至 今尚无标准。从发展看，基于MPLS的第三层自愈恢复方法最有希望成为标准， 因为它可以达到与SDH相当的速度，又可以用于跨自治域的大网；另外如DPT 等方法是专门的技术，被设计用于自治域内网络如城域网，但它们是否会成 为标准尚不明朗。
　　SDH帧的缺点是需要采用SAR进行格式转换，成本高效率低；而吉位以太网帧格式与IP数据包一致，不需要转换，因而成本低效率高，随着万兆以太网标准的制定，它将成为主要的分帧格式。
　　■IP over SDH是IP数据网络演化过程中的重要一步
　　早期Internet骨干网是采用租用专线的方法。在1995年的时候，由于路由器端口速度最高只有45Mbps，使用T3专线传输不能满足Internet骨干网 的需求。而当时ATM的传输速率可以达到155或622Mbps，用ATM交换机根据边缘路由器计算的路由提供虚电路实现选路连接。因此，这种IP/ATM/SDH/Optical夹芯饼干式结构平台成为Internet骨干网的主流。
　　随着网络对带宽需求的进一步增加，上述方法的缺点逐渐暴露出来：效率低，设备复杂，成本高昂，管理复杂等。1998年，吉位路由交换机开始商品化，其包转发速度达到几十Mbps，拥有155Mbps和622Mbps的SDH端口。用它配合STM1或STM4租用专线，以PPP协议连接构成Internet骨干网，这就是IP over SDH(IPOS)的结构。这种结构很快取代ATM成为Internet骨干网技术的主流，它将传输效率从不到80％提高到95％以上，并且使设备简化，成本降低。
　　■IP优化光网络不需要SDH
　　IP over SDH是IP数据网络演化过程中的重要一步，但也只是过渡性的一步。因为SDH网是一个为传输话音设计的时分复用TDM系统，在其上传输IP数据只是一种权宜之计。当时在广域网上只能使用SDH提供的租用专线，IP over SDH是最优选择。但是当IP业务成为网络中的主要业务，可以直接使用裸光缆时，我们就需要针对IP业务的需求对网络进行优化设计，这就是IP优化光 网络。
　　由于IP网是统计复用的，在以IP数据业务为主对网络进行优化设计时， 我们可以从原理上看到该网络是不需要SDH层的。但不使用SDH层需要解决两个关键问题：传输的分帧方法和自愈恢复方法。
　　■IP网固有的网络层自愈恢复能力
　　SDH的STM通道是以时分复用方式提供的传输通道，在与路由器配合构 成Internet骨干网时，它们提供的是简单的点到点的链路层连接。SDH的一个 重要的特点是：在光缆被割断或节点设备出现故障时，SDH有自愈能力，SDH环路可以自动转接到另一根备份光纤或光纤另一侧的另一路径上，其恢复时间小于50ms。SDH的自愈功能对于IP网络管理层是完全透明的，这是一个复杂的链路管理系统。
　　IP优化光网络不需要SDH层复杂的链路层管理，Internet固有的分布式生存特性使其具有保护和自愈能力。因此，如果我们在IP层能够解决生存问题，就没有必要采用SDH的自愈功能。
　　另外，SDH网利用同步时钟保持全网同步工作，以改善其鲁棒性。吉位路由交换机可以方便地在节点提供时钟。IP网对定时误差的容错能力很强，所 以我们也可以不需要SDH层的定时能力。
　　IP over SDH的一个重要优点是：在环路上的路由交换机可以使用光纤环双侧的通道来共享IP流量，可以使带宽利用率加倍，从而大大降低成本。 在光缆被割断时，IP数据流可以选择光缆环另一侧尚生存的光纤路径或另选 择其他路由到达终点。由于Internet的自相似性，平均流量远低于满负荷流量，全部数据流共享生存的光纤仍然可以工作，并且可以利用已有技术如流量控制、缓冲存储和再选路来弥补光缆被切断造成的损失。
　　这种自愈恢复也有缺点，即恢复时间太长。复杂网络的恢复时间可能会在几秒以上，对于电信骨干网来说，这个速度显然是太慢了。为此，网络需要 有快速的自愈恢复算法。目前，业界已经有一些建议，但尚无标准。其中基于MPLS的方法是最有前途的。
　　■IP优化光网络采用的帧格式
　　在光缆上直接传输IP数据包有两种方法：一种是单路传输，另一种是波分复用多路传输。为了在传输过程中便于管理控制，网络需要对数据流进行分帧。目前可以采用的帧格式主要有两种：SDH和吉位以太网。
　　在广域网上进行远距离传输，除了需要进行光放大以外，为了防止光色散使波形畸变造成的误码，每隔一定距离（在2.5Gbps速率时为600公里）要加一个电再生器。目前，多数现代通信的再生器被设计成使用SDH帧，如果在这种线路上建立IP网，我们就不得不采用SDH帧格式。
　　SDH分帧方法有一定的局限性。它是基于8Kbps语音同步定时采样设计的，帧内嵌有帧头。帧与包的格式不同，一个长的IP数据包可能跨两个以上的帧，或者是一个帧中包括几个短的IP数据包。这样的格式导致在路由器的SDH线路卡中要装备分拆重组SAR电路，浪费资源，价格高昂。
　　SDH帧格式也有优点，即在其帧头中携带有信令和网络管理信息。网络管理功能对于长途DWDM来说是很重要的，特别是当线路中有多个电、光放大中继器时，它可以快速诊断出故障点。但是SDH需要有大量内部开销用于故障监控和运行支撑系统。如果我们能够把这些功能结合进IP路由设备，这些内 部开销可以大大减少，这就是为什么IP优化光网络不用SDH层的原因。这个时候，SDH帧头已经没有用途，继续使用SDH帧格式没有意义，而且SDH分帧的最大缺点是吉位路由交换机SDH线路卡太贵，一个622Mbps(STM 4)口的价格是吉位以太网口的7倍，若是2.5Gbps(STM 16)口，价格要高出十几倍。
　　另一种方法是采用吉位以太网GE分帧方法。GE帧格式不像SDH有一组网 络状态位，但是它被优化设计与计算机网使用同样的帧。这就不需要重新映射到其他协议，也不需要线路卡上的SAR，从而可以大大简化设备，降低成本。 此外，这种系统不使用电再生器，节点的路由交换机同时起电再生器的作用。GE格式采用简单的分块模式，每8个数据位装在10位的传输块中，GE的实际传输速率为1.25Gbps,有效传输速率为1Gbps。目前，业界已经着手制定新的10×GE传输标准，并将采用高效率的分块编码方法。
　　在广域骨干网上采用吉位路由交换机和DWDM技术，直接在光缆网上架构宽带IP网时，我们如果不使用SDH电再生器（1.25Gbps速率的电再生距离为1000 ～2000公里），而采用GE格式，这将更为经济有效，同时亦可能发展成为主流。
　　对于城域网骨干网，不论单路或多路（DWDM）的IPoverOptical系统，GE都是最优选择。目前一些厂商宣传在城域骨干网上采用IPOS，实行SDH分帧， 这是一种高成本、低效率的方案。
　　■DPT是什么？
　　动态包传输DPT技术是Cisco公司倡导的,被称为该公司发展光网络互连 战略第四阶段的关键技术。根据现有DPT的资料分析，与传统的SDH环路相比，它的空间复用、带宽加倍等优点是IP环型网已经有的，不是新东西。它的主要特点是采用专门的方法实现第三层的快速自愈恢复。DPT用于可控制的网络内部，如城域网，而不能用于跨自治域的大网。因此DPT的发展前途是不明朗的，很难说会成为标准。
　　DPT采用SDH帧格式（据说取消了帧头），仍然需要SAR进行格式转换，成本较高。GSR的622Mbps端口的DPT线路卡售价3万美元，而有两个吉位以太网光端口的线路卡仅为1.2万美元。
　　■MPLS快速自愈恢复技术
　　在IP优化光网络中不使用SDH和ATM，数据包的转发交换是由吉位路由交换机完成的。由于在IP优化光网络中没有更低层的传输协议可以使用，自愈恢复最好是在网络层完成。目前已经有几种建议实现在网络层的自愈恢复， 其中最有希望的是基于多协议标记交换MPLS的方法。
　　MPLS结合简单的固定标记交换网络和更复杂的网络选路协议，当数据包进入所管理的网络云时，被加上标记，网络云内节点上的路由交换机根据标记对数据包进行交换和转发。这样可以形成像ATM中的SVC一样的显式标记 交换路径LSP。LSP可以按照流量控制的需要来设置，还可以用来监视流量。这种简单的结构可以实现非常复杂的网络管理、流量工程和自愈恢复。
　　前面已经介绍过，在IP优化网络中采用网络层的自愈恢复方法。这种方法提供的恢复路径有很大的灵活性，并且可以按照应用提供不同的恢复服务等级。TCP/IP的优点是在光缆被切断时，所有IP数据包被存储在存储器中，直至接收到来自终点的已收到的信号。但这里的问题是如何解决自愈恢复速度 问题。Internet固有的恢复能力是通过通常的OSPF和BGP-4路由协议来实现 的，对于复杂的网络，需要几秒钟来重新计算路由表，自愈恢复太慢。目前一些厂商采用修改定时器和防止路由计算被假触发的算法来加快自愈恢复速 度，例如OSPF使用"hello"消息协议，每几秒钟发送、接收一次以确认链路工作正常。
　　节点如果持续一段时间收不到"hello"消息，表明链路出现故障。 加速自愈恢复的方法是：修改定时器并规定只要一次收不到"hello"信号，即判断为链路故障。
　　OSPF等路由协议被设计用于过去传输质量很差的网络，对于现在可靠性高的网络，上述方法是很安全的。
　　在公共Internet上的自治系统之间，自愈恢复问题更有挑战性。这时， 网络的路由表更大，需要求助于MPLS。MPLS用固定标记来匹配路由交换机接口的号数，使路由交换机选路的复杂性大为降低。路由交换机存储所有的相邻路由交换机的标记，一但出现路径故障，可以根据存储的标记快速提供另一条路径。目前MPLS的标准正在制定中，我们可以确定的是，它的自愈恢复时间能够达到与SDH相当的水平。
　　以MPLS为基础的网络管理系统，汇聚了网络的第1、2、3层，它简化了网络的管理过程，允许在网络的链路上进行相似的选路和流量工程，而且不管他们是波长通道还是选择的路径。
　　每一种正在运行的传输服务可以被看成是MPLS的一个标记交换干线LST。LST 可以由多个LSP构成，用来连接两个或多个LSR。每一个LST可以有一组特征来表示流量优先级、QoS等，网络管理可以有一组公共工具，在公共框架内定义这些服务的管理，而不管具体的传输机制是什么。该系统的主要特征是定义干线的可恢复性，用来决定当网络故障时干线的行为，并且它根据可恢复性的特征，可以为不同的干线确定一组不同的自愈策略。
　　■结束语
　　随着MPLS标准的制定，以MPLS为基础的自愈恢复、QoS选路、流量工程和网络管理技术将快速发展，这将使IP优化光网络--宽带IP网具有更优越的性能：既有SDH的快速自愈恢复能力，又有ATM的QoS选路、流量工程以及L1/L2/L3一体化的先进的网络管理系统。DPT?还是MPLS自愈恢复--关于IPoverOptical的分帧传输和自愈恢复方法的讨论